BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah Lempung

Definisi tanah lempung menurut para ahli:

Bowles,1991 mendefinisikan tanah lempung sebagai deposit yang mempunyai partikel berukuran lebih kecil atau sama dengan 0,002 mm dalam jumlah lebih dari 50 %.

Hardiyatmo,1992 mengatakan sifat-sifat yang dimiliki dari tanah lempung yaitu antara lain ukuran butiran halus lebih kecil dari 0,002 mm, permeabilitas rendah, kenaikan air kapiler tinggi, bersifat sangat kohesif, kadar kembang susut yang tinggi dan proses konsolidasi lambat

Terzaghi,1987 medefinisikan tanah lempung merupakan tanah dengan ukuran mikrokonis sampai dengan sub mikrokonis yang berasal dari pelapukan unsur-unsur kimiawi penyusun batuan. Tanah lempung sangat keras dalam keadaan kering, dan tak mudah terkelupas hanya dengan jari tangan. Permeabilitas lempung sangat rendah, bersifat plastis pada kadar air sedang. Di Amerika bagian barat, untuk lempung yang keadaan plastisnya ditandai dengan wujudnya yang bersabun atau seperti terbuat dari lilin disebut “gumbo”. Sedangkan pada keadaan air yang lebih tinggi tanah lempung akan bersifat lengket (kohesif) dan sangat lunak.

Sifat-sifat yang dimiliki tanah lempung adalah sebagai berikut: (Hardiyatmo, 1999).

1. Ukuran butir halus, kurang dari 0,002 mm 2. Permeabilitas rendah

3. Kenaikan air kapiler tinggi 4. Bersifat sangat kohesif

5. Kadar kembang susut yang tinggi 6. Proses konsolidasi lambat

2.1.1 Susunan Tanah Lempung

Susunan tanah lempung terdiri dari silika tetrahedral dan alumunium oktahedra. Silika dan alumunium secara parsial dapat digantikan oleh elemen yang lain dalam kesatuannya, keadaan ini dikenal sebagai substituasi isomorf. Kombinasi susunan dari kesatuan dalam bentuk susunan lempeng. Bermacam-macam lempung terbentuk oleh kombinasi tumpukan dari susunan lempeng dasarnya dengan bentuk yang berbeda-beda (Hardiyatmo dkk, 2002)

Pelapukan akibat reaksi kimia menghasilkan susunan kelompok partikel berukuran koloid dengan diameter butiran lebih kecil dari 0,002 mm, yang disebut mineral lempung. Partikel lempung berbentuk seperti lembaran yang mempunyai permukaan khusus, sehingga lempung mempunyai sifat sangat dipengaruhi oleh gaya-gaya permukaan. Terdapat kira-kira 15 macam mineral yang diklasifikasikan sebagai mineral lempung. Diantaranya terdiri dari kelompok-kelompok: montmorillonite,

illite, kaolinite, dan polygorskite. Terdapat pula kelompok yang lain, misalnya: chlorite, vermiculite, dan hallosite. Tanah lempung belum tentu terdiri dari partikel

lempung saja, akan tetapi dapat bercampur dngan butir -butiran seperti lanau maupun pasir dan mungkin juga terdapat campuran bahan organik.

Gambar 2.1 Tanah Lempung (Sumber: Dokumen Pribadi)

2.2 Desain Alat Penyaring Tanah Lempung

Gambar 2.2 Desain dan Komponen Mesin Penyaring Tanah Lempung

Mesin ini terbuat dari beberapa komponen utama dengan menggunakan motor bensin 5 hp dan menggunakan gear box untuk memperlambat kecepatan. Transmisi menggunakan sabuk V dan untuk rangka mesin menggunakan plat siku dengan ketebalan 5mm. Selain itu, salah satu komponen yang akan diuji pada penelitian ini yaitu sudu yang berada di dalam tabung, berfungsi sebagai pengaduk dan pembawa tanah ke penyaringan.

2.2.1 Model Sudu

Sudu merupakan elemen mesin yang memiliki banyak jenis dan fungsi yang berbeda. Sudu pada turbin memiliki fungsi untuk memberikan daya pada poros dengan merubah enegi kinetik dari fluida menjadi energi mekanik, jika sudu pada blender, mixer, berfungsi sebagai pengaduk atau pencampur bahan. Pada pabrik anggur, Sudu pada mesin destemmer berfungsi sebagai pemukul atau pemisah buah anggur dengan tangkainya. Mesin penghancur sampah memiliki sudu sebagai penghancur sampah. Sedangkan pada mesin penyaring tanah lempung untuk bahan baku batu bata asab/tempel memiliki sudu yang berfungsi sebagai pencampur tanah dengan air dan

pembawa tanah ke penyaringan. Berikut desain sudu pada mesin penyaring tanah liat sebagai bahan baku batu bata asab/tempel yang sudah ada

1. Sudu dengan bentuk lurus sejajar sumbu putar

Gambar 2.3 Sudu Lurus

2. Sudu bentuk miring dengan variasi kemiringan 5o_,10o_,15o_.

Gambar 2.4 Sudu Miring

Berdasarkan data dari pengujian kedua sudu di atas masih terdapat beberapa kekurangan. Diharapkan pada penelitian ini dengan membuat model sudu miring bertingkat dapat bekerja lebih baik dari kedua model sudu di atas.

Sudu lurus Penyaring

Penyaring Sudu miring Bahan

Sisa Saringan Sisa Saringan

Sisa Saringan pada sisi kanan cenderung

sedikit Sisa Saringan

pada sisi kiri banyak

2.3 Pulley dan Sabuk 2.3.1 Pulley

Pulley merupakan alat yang digunakan untuk mentransmisikan daya yang dapat mengurangi gesekan (friction) seperti halnya sproket rantai dan roda gigi. Alat ini sudah menjadi bagian penting dari kerja suatu mesin baik mesin industri maupun kendaraan bermotor. Pulley memiliki beberapa type yaitu:

1. Type V 2. Timming

3. Variable (pulley V yang bisa disetting besar dan kecil) 4. Round (alur U)

5. Loss (biasanya sebagai adjusment)

Gambar 2.5 Pulley

(Sumber : http://diogene.satispa.com/en-us/v-belt-pulley-w-solid-hub-spa-60-3-am00603)

2.3.2 Sabuk

Sabuk–V terbuat dari karet dan mempunyai penampang trapesium. Tenunan tetoron atau semacamnya dipergunakan sebagai inti sabuk untuk mentransmisikan tarikan dengan beban berat. Sabuk V dibelitkan pada alur puli yang berbentuk V pula. Bagian sabuk yang membelit akan mengalami lengkungan sehingga lebar bagian dalamnya akan bertambah besar. Gaya gesekan juga akan bertambah karena pengaruh bentu baji, yamg akan menghasilkan transmisi daya yang besar pada tegangan yang relative rendah. Hal ini merupakan salah satu keunggulan dari sabuk-V jika dibandingkan dengan sabuk rata (Sularso,1987). Gambar 2.3 menunjukan berbagai porsi penampang sabuk-V yang umum dipakai.

Gambar 2.6 Konstruksi dan Ukuran Penampang Sabuk-V (Sumber : Sularso, 1987: 164)

Keuntungan pemakaian sabuk antara lain :

1. Dibandingkan roda gigi atau rantai, penggunaan sabuk lebih halus, tidak bersuara, sehingga akan mengurangi kebisingan.

2. Penggunaan sabuk yang dapat selip, maka jika terjadi kemacetan atau gangguan pada salah satu elemen tidak akan menyebabkan kerusakan pada elemen lain.

2.3.3 Rumus Perhitungan Pulley dan Sabuk

Mesin penyaring bahan baku batu bata merah ini menggunakan sabuk-V sebagai penerus daya dari motor listrik ke poros, dengan rumus perhitungan:

1. Perbandingan Transmisi (Sularso, 1987)

𝑛1

𝑛2

=

𝑑2

𝑑1……….…...(2.1)

dengan : 𝑛₁ = putaran poros pertama (rpm) 𝑛₂ = putaran poros kedua (rpm) 𝑑1 = diameter puli penggerak (mm)

𝑑₂ = diameter puli yang digerakan (mm) 2. Kecepatan Sabuk (Sularso, 1987)

𝑉 = 𝜋.𝑑.𝑛

60.1000(𝑚/𝑠)……….………...(2.2)

d = diameter puli motor (mm) n = putaran motor listrik (rpm) 3. Panjang Sabuk (Sularso, 1987)

𝐿 = 2𝐶 +𝜋

2(𝑑1 + 𝑑2) + 1

4.𝐶(𝑑2 − 𝑑1)

2_...(2.3)

dengan : L = panjang sabuk (mm) C = jarak sumbu poros (mm) dp = diameter puli penggerak (mm) Dp = diameter poros puli (mm)

Gambar 2.7 Diagram pemilihan sabuk V

2.4 Poros dan Pasak

Poros adalah merupakan bagian terpenting dari mesin. Hampir semua mesin menggunakan poros untuk meneruskan daya bersama dengan putaran. Peranan dalam transmisi seperti itu dipegang oleh poros Ada 3 macam jenis poros yang dibedakan menurut pembebanannya untuk meneruskan gaya, antara lain (Sularso,1987). :

1. Poros Transmisi

Poros ini mendapat beban puntir murni atau puntir dan lentur. Daya ditransmisikan kepada poros ini melalui kopling, roda gigi, puli sabuk dan sproket rantai.

2. Spindel

Spindel adalah poros yang memiliki transmisi relatif pendek, seperti poros utama mesin perkakas, beban utamanya berupa puntiran. Syarat yang harus dipenuhi oleh poros ini adalah deformasinya harus kecil, bentuk dan ukurannya harus teliti.

3. Gandar

Gandar adalah poros yang dipasang diantara roda-roda kereta barang yang tidak mendapat beban puntir. Gandar ini hanya mendapat beban lentur.

Untuk perencanaan sebuah poros terdapat beberapa hal-hal penting yang harus diperhatikan adalah sebagai berikut (Sularso,1987) :

1. Kekuatan Poros

Kekuatan poros adalah kekuatan poros untuk menerima beban puntir atau lentur atau gabungannya. Perlu juga diperhatikan jika poros mendapat alur pasak atau mengalami pengecilan diameter (poros bertingkat). Jadi poros harus kuat dan mampu untuk menerima semua beban tersebut.

2. Kekauan Poros

Meskipun poros sudah kuat tetapi jika lenturan atau defleksi puntirannya harus besar, misalnya pada kotak roda gigi. Oleh karena itu disamping kekuatannya harus diperhatikan dan disesuaikan dengan mesin yang akan dilayani.

3. Putaran kritis

Bila putaran suatu mesin dinaikkan maka pada harga tertentu akan menimbulkan getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kristis. Jika mungkin poros harus direncanakan dengan putaran kerja dibawah putaran kristisnya.

4. Bahan Poros

Bahan untuk poros hendaknya bahan yang tahan terhadap korosi, terutama untuk poros yang bersinggungan langsung dengan fluida yang korosif dan poros mesin yang sering berhenti dalam jangka waktu yang lama. Tetapi pada batas-batas tertentu dapat dilakukan perlindungan terhadap korosi. Poros yang biasa digunakan untuk putaran tinggi dan beban yang berat pada umumnya dibuat dari baja paduan (alloy steel) dengan proses pengerasan kulit (case hardening) sehingga tahan terhadap keausan. Beberapa diantaranya adalah baja khrom nikel, baja khrom nikel molebdenum, baja khrom, baja khrom molibden, dll. Sekalipun demikian, baja paduan khusus tidak selalu dianjurkan jika alasannya hanya karena putaran tinggi dan pembebanan yang berat saja. Dengan demikian perlu dipertimbangkan dalam pemilihan jenis proses heat treatment yang tepat sehingga akan diperoleh kekuatan yang sesuai.

Gambar 2.8 Poros (Sumber : Dokumen Pribadi)

2.4.1 Poros dengan Beban Puntir dan Lentur

Jika poros yang akan direncanakan diketahui tidak mendapatkan beban lain kecuali torsi, maka diameter poros dapat dibuat lebih kecil. Tetapi jika poros diperkirakan memiliki pembebanan berupa tekanan, tarikan dan lenturan ,maka pembebanan tambahan tersebut perlu diperhitungkan dalam factor keamanan yang diambil.

Jika P adalah daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam factor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama

dapat diambil kecil. Jika factor koreksi adalah ƒc maka daya rencana Pd (kW) sebagai

patokan adalah (Sularso, 1987)

Pd = ƒcP (kW)...(2.4)

Jika daya diberikan dalam daya kuda (PS), maka harus dikalikan dengan 0,735 untuk mendapatkan daya dalam kW.

Jika momen puntir (disebut juga sebagai momen rencana) adalah T(Kg.mm) maka (Sularso, 1987) 𝑃𝑑 = (₁₀₀₀𝑇 )(2𝜋𝑉₆₀ ) 120 ...(2.5) sehingga 𝑇 = 9,74 × 105 𝑃𝑑 𝑁...(2.6)

Bila momen rencana

τ

(Kg.mm) dibedakan pada suatu diameter poros ds (mm), maka tegangan geser

τ

(Kg.mm2) yang terjadi adalah (Sularso, 1987)

𝜏 =

𝑇

(𝜋𝑑𝑠3₁₆)

=

5,1𝑇

𝑑𝑠3)...(2.7)

Tegangan geser yang diizinkan

τ

a(Kg.mm2) untuk pemakain umum pada poros

dapat diperoleh dengan berbagai cara.

τ

a di hitung atas dasar batas kelelahan puntir

yang besar diambil 40% dari batas kelelahan Tarik yang besarnya kira-kira 45% dari kekuatan Tarik

τ

B (Kg.mm2). Jadi batas kelelahan puntir adalah 18% dari kekuatan

Tarik

τ

B, sesuai dengan standart ASME. Untuk harga 18% ini faktor keamanan

diambil sebesar 1/8,18 = 5,6. Harga 5,6 ini di ambil untuk bahan SF dengan kekuatan yang dijamin, dan 6,0 untuk bahan S-C dengan pengaruh massa, dan baja paduan. Faktor ini dinyatakan dengan Sƒ1.

Selanjutnya perlu ditinjau apakah poros tersebut akan diberi alur pasak atau dibuat bertangga, karena pengaruh konsentrasi tegangan cukup besar. Pengaruh kekasaran permukaan juga harus diperhatikan. Untuk memasukan pengaruh-pengaruh ini dalam perhitungan perlu diambil faktor yang dinyatakan sebagai Sƒ2 dengan harga

sebesar 1,3 sampai 3,0. Dari hal-hal diatas maka besarnya

τ

a dapat dihitung dengan

𝜏

_a

=

𝜎𝐵

(𝑆ƒ1 𝑥𝑆ƒ2))...(2.8)

Kemudian, keadaan momen puntir itu sendiri juga harus ditinjau. Faktor koreksi yang dianjurkan oleh ASME juga dipakai disini. Faktor ini dinyatakan dengan Kt,

dipilih sebesar 1,0 jika beban dikenakan secara halus, 1,0-1,5 jika terjadi sedikit kejutan atau tumbukan, dan 1,5-3,0 jika beban dikenakan dengan kejutan atau tumbukan besar.

Meskipun dalam perkiraan sementara ditetapkan bahwa beban hanya terjadi atas momen puntir saja, perlu ditinjau pula apakah ada kemungkinan pemakain dengan beban lentur dimasa mendatang. Jika memang akan diperkirakan akan terjadi pemakian dengan beban lentur maka dapat dipertimbangkan pemakain faktor Cb yang

nilainya antara 1,3-2,3. Jika diperkirakan tidak akan terjadi pembebanan lentur maka Cb diambil sama dengan 1,0.

2.4.2 Pasak

Pasak merupakan elemen dari suatu mesin yang dipakai untuk menetapkan atau mengunci bagian-bagian mesin seperti roda gigi, sproket, pulley, kopling sehingga mampu meneruskan momen putar/torsi. Pemasangan pasak dilakukan dengan membenamkan pasak pada alur yang terdapat antara poros dan hub (bos) sebagai tempat dudukan pasak dengan posisi memanjang sejajar sumbu poros.

Gambar 2.9 Macam-macam Pasak

Hal-hal penting yang diperhatikan dalam mendesain sebuah pasak, antara lain : 1. Bahan pasak yang digunakan harus lebih lemah daripada bahan poros dan bahan

yang akan dipasangkan pada poros. 2. Gaya tangensial yang bekerja 3. Tegangan geser yang terjadi 4. Faktor keamanan

5. Torsi yang ditrnasmisikan oleh poros 6. Torsi akibat gaya geser

2.5 Bantalan

Bantalan adalah elemen mesin yang mampu menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gesekan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan panjang usia pemakianya, seperti yang ditunjukan pada gambar 2.6 . Bantalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros suatu mesin bekerja dengan baik.

( Sularso,1987 )

Gambar 2.10 Bearing atau Bantalan (Sumber : (Damai, 2017))

2.5.1 Klasifikasi Bantalan

Bantalan dapat diklasifikasikan sebagai berikut (Sularso,1987) : 1. Atas Dasar Gerakan Bantalan Terhadap Poros

a. Bantalan luncur, bantalan ini terjadi gesekan luncur antara poros dan bantalan karena permukaan poros ditumpu oleh permukaan bantalan dengan perantaraan lapisan pelumas.

b. Bantalan gelinding, pada bantalan ini terjadi gesekan gelinding antara bagian yang berputar dengan yang diam melalui elemen gelinding seperti bola (peluru), rol atau rol jarum dan rol bulat.

2. Atas Dasar Arah beban dan poros

a. Bantalan radial, arah bantalan ini adalah tegak lurus sumbu poros b. Bantalan aksial, bantalan ini sejajar dengan sumbu poros

c. Bantalan gelinding khusus, bantalan ini dapat menumpi beban yang arahnya sejajar dan tegak lurus sumbu poros.

2.5.2 Bahan Bantalan 1. Bantalan Luncur

Bahan bantalan luncur harus memenuhi persyaratan berikut :

a. Mempunyai kekuatan cukup (tahan terhadap beban dan kekerasan)

b. Dapat menyusaikan diri terhadap lenturan poros yang tidak terlalu besar atau terhadap perubahan bentuk yang kecil.

c. Mempunyai sifat anti las (tidak menempel) terhadap poros jika terjadi kontak atau gesekan antara logam dan logam

d. Sangat tahan karat e. Cukup tahan aus

f. Dapat mebenamkan kotoran atau debu kecil yang terkurung didalam bantalan

g. Murah harganya

h. Tidak terlalu terpengaruh oleh temperature 2. Bahan Bantalan Umum

a. Paduan Tembaga, paduan yang di maksud adalah perunggu, perunggu fosfor, dan perunggu timah hitam, yang sangat baik dalam kekuatan, ketahanan terhadap karat, ketahanan terhadap kelelahan, dan dalam penerusan panas. Kekakuannya membuat bahan ini sangat baik untuk bantalan mesin perkakas. Kandungan timah yang lebih tinggi dapat mempertinggi sifat anti las. 

putih berdasar Sn dan logam putih berdasar Pb. Keduanya dipakai sebagai lapisan pada logam pendukungnya. 



2.6 Roda Gigi

Roda gigi digunakan untuk mentransmisikan daya besar dan putaran yang tepat. Roda gigi memiliki gigi di sekelilingnya, sehingga penerusan daya dilakukan oleh gigi-gigi kedua roda yang saling berkait. Roda gigi sering digunakan karena dapat meneruskan putaran dan daya yang lebih bervariasi dan lebih kompak daripada menggunakan alat transmisi yang lainnya, selain itu roda gigi juga memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan alat transmisi lainnya, yaitu : Sistem transmisinya lebih ringkas, putaran lebih tinggi dan daya yang besar. Sistem yang kompak sehingga konstruksinya sederhana. Kemampuan menerima beban lebih tinggi. Efisiensi pemindahan dayanya tinggi karena faktor terjadinya slip sangat kecil. Kecepatan transmisi roda gigi dapat ditentukan sehingga dapat digunakan dengan pengukuran yang kecil dan daya yang besar. Roda gigi harus mempunyai perbandingan kecepatan sudut tetap antara dua poros. Di samping itu terdapat pula rodagigi yang perbandingan kecepatan sudutnya dapat bervariasi. Ada pula roda gigi dengan putaran yang terputus-putus. Dalam teori, rodagigi pada umumnya dianggap sebagai benda kaku yang hampir tidak mengalami perubahan bentuk dalam jangka waktu lama (Sularso ,1987)

Gambar 2.11 Macam-macam Roda Gigi (Sumber: (Gardan, 2017))

2.6.1 Roda Gigi Lurus atau Sejajar

Roda gigi dengan poros sejajar adalah roda gigi dimana giginya berjajar pada dua bidang silinder (disebut ”bidang jarak bagi”);kedua bidang silinder tersebut bersinggungan dan yang satu menggelinding pada yang lain dengan sumbu tetap sejajar. Roda gigi lurus merupakan roda gigi paling dasar dengan jalur gigi yang sejajar poros seperti pada gambar 2.3.

Gambar 2.12 Roda Gigi Lurus